高中生物《多聚酶链式反应扩增DNA片段》学案3 新人教版选修1

用心 爱心 专心1 多聚酶链式反应扩增多聚酶链式反应扩增 DNADNA 片段片段 学习目标学习目标 1 了解 PCR 技术的基本操作 2 理解 PCR 的原理 3 讨论 PCR 的应用 学习重点难点学习重点难点 PCR 的原理和 PCR 的基本操作 自主学习自主学习 一基础知识 1 PCR 原理 填写下列表格 参与的组分在 DNA 复制中的作用 解旋酶 DNA 母链 合成子链的原料 DNA 聚合酶 引物 DNA 的两条链是反向平行的 通常将 DNA 的羟基末端称为 而磷酸基团的末端称为 DNA 聚合酶不能 开始合成 DNA 而只能 因此 DNA 复制需要引物 DNA 的合成 方向总是 在 DNA 的复制过程中 复制的前提是 在体外可通过控制 来实现 在 的温度范围内 DNA 的双螺旋结构将解体 双链分开 这个过程称为 PCR 利用了 DNA 的 原理 通过控制温度来控制双链的解聚与结合 由于 PCR 过程的温度高 导致 DNA 聚合酶失活 后来 的 DNA 聚合酶的发现和应用 大大增加了 PCR 的效率 PCR 反应需要在一定的缓冲溶液中提供 同时通过控制温度使 DNA 复制在体外反复进行 2 PCR 的反应过程 PCR 一般要经历 循环 每次循环可以分为 和 三步 从第二轮循 环开始 上一次循环的产物也作为模板参与反应 并且由 延伸而成的 DNA 单链会与 用心 爱心 专心2 结合 进行 DNA 的延伸 这样 DNA 聚合酶只能 使这段固定长度的序列成指数扩增 3 实验操作 在实验室中 做 PCR 通常使用 它是一种薄壁塑料管 具体操作时 用微量移液器 按 PCR 反应体系的配方在 中依次加入各组分 再参照下表的设置设计好 PCR 仪的循环程序即可 4 操作提示 为避免外源 DNA 等因素的污染 PCR 实验中使用的 以及蒸馏水等在使 用前必须进行 PCR 所用的缓冲液和酶应分装成小份 并在 储存 使用前 将所需试剂从冰箱拿出 放在冰块上缓慢融化 在微量离心管中添加反应成分时 移液管上的枪头要 疑难点拨疑难点拨 1 PCR 技术简介 PCR 是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术 它能以极少量的 DNA 为模板 在几小时内复制出上百万份 的 DNA 拷贝 这项技术有效地解决了因为样品中 DNA 含量太低而难以对样品进行分析研究的问题 被广 泛的应用于遗传疾病的诊断 刑侦破案 古生物学 基因克隆和 DNA 序列测定等各方面 2 细胞内参与 DNA 复制的各种组成成分及其作用 解旋酶 打开 DNA 双链 DNA 母链 提供 DNA 复制的模板 4 种脱氧核苷酸 合成子链的原料 DNA 聚合酶 催化合成 DNA 子链 引物 使 DNA 聚合酶能够从引物的 3 端开始连接脱氧核苷酸 引 物是一小段 DNA 或 RNA 它能与 DNA 母链的一段碱基序列互补配对 用于 PCR 的引物长度通常为 20 30 个核苷酸 3 DNA 的合成方向 DNA 的两条链是反向平行的 通常将 DNA 的羟基末端称为 3 端 而磷酸基团的末端称为 5 端 DNA 聚合酶不能从头开始合成 DNA 而只能从 3 端延伸 DNA 链 因此 DNA 复制需要引物 当引物与 DNA 母 链通过碱基互补配对结合后 DNA 聚合酶就能从引物的 3 端开始延伸 DNA 链 DNA 的合成方向总是从子 链的 5 端向 3 端延伸 4 PCR 的反应过程 PCR 一般要经历三十多次循环 每次循环可以分为变性 当温度上升到 90oC 以上时 双链 DNA 解聚 为单链 复性 温度下降到 50oC 左右 两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合 和延伸 温度 上升到 72oC 左右 溶液中的四种脱氧核苷酸在 DNA 聚合酶的作用下 根据碱基互补配对原则合成新的 用心 爱心 专心3 DNA 链 三步 从第二轮循环开始 上一次循环的产物也作为模板参与反应 并且由引物 延伸而成的 DNA 单链会与引物 结合 进行 DNA 的延伸 这样 DNA 聚合酶只能特异的复制处于两个引物之间的 DNA 序列 使这段固定长度的序列成指数扩增 5 PCR 技术与 DNA 的复制 PCR 反应是通过控制温度使 DNA 复制在体外反复进行 PCR 反应的实质就是 DNA 复制 所以有关 PCR 反应的题目与 DNA 复制的原理相同 计算方法也大体相同 例如 PCR 反应中的目的片段一般以 2n的方 式积累 其中 n 为反应循环次数 一个 DNA 片段在 30 次循环后反应物中大约有 10 亿个这样的片段 230 典例解析典例解析 一个由 15N 标记的 DNA 分子 放在没有标记的环境中培养 利用 PCR 循环 5 次后标记的 DNA 分子总数的 A 1 10 B 1 5 C 1 16 D1 25 答案 C 解析 一个 DNA 分子利用 PCR 技术循环 5 次后产生的 DNA 分子数目为 2n 而 DNA 的复制是半保留复制 其特点是 新形成的 DNA 双链 一条是来自亲代 DNA 分子的母链 另一条是新形成的子链 这样最初由 15N 标记的 DNA 分子复制后 其标记的两条链就分别进入两个子代 DNA 分子中 这样两个子代 DNA 分子被 标记了 以后均是在没有标记的环境中培养 不论经过多少次复制 最初标记的两条链始终存在于两个 DNA 分子中 这样经过 n 次循环后 标记的 DNA 分子中 2 2n 即 1 2n 1 巩固提高巩固提高 一 选择题 1 DNA 分子复制时 解旋的两条链中 A 仅一条作为复制模板 B 两条链作为模板并复制出两个不同的 DNA 分子 C 两条链作为模板并复制出两个相同的 DNA 分子 D 两条链作为模板 各自合成一条子链 然后两条母链重新结合为原来的双螺旋分子 两条新链结合成一 个全新的 DNA 分子 2 下列关于 DNA 复制过程的正确顺序是 互补碱基对之间氢键断裂 互补碱基对之间形成氢键 DNA 分子在解旋酶的作用下解旋 以解旋后的母 链为模板进行碱基互补配对 子链与母链盘旋成双螺旋状结构 A B C D 3 下列各项过程中 遵循 碱基互补配对原则 的有 DNA 复制 RNA 复制 转录 翻译 逆转录 A B C D 4 实验室内模拟生物体 DNA 的复制必需的一组条件是 酶 游离的脱氧核苷酸 ATP DNA 分子 mRNA tRNA 适宜的温度 适宜的酸碱度 用心 爱心 专心4 A B C D 5 利用 PCR 技术 把一个双链 DNA 分子当作第一代 经过 3 次循环 在第四代 DNA 分子中 有几条第一 代脱氧核苷酸的长链 A 2 B 4 C 8 D 16 6 关于 DNA 分子的叙述中 正确的是 A DNA 的两条链是极性相同 同向平行 B DNA 的两条链是极性相同 反向平行 C DNA 的两条链中极性不同 反向平行的 D DNA 的两条链是极性不同 同向平行 7 假设 PCR 反应中 只有一个 DNA 的片段作为模板 请计算在 30 次循环后 反应物中大约有多少这样的 DNA 片段 A 215 B 230 C 260 D 231 8 DNA 的合成方向总是 延伸 A 从 DNA 分子的左端向右端 B 从 DNA 分子的右端向左端 C 从子链的 5 端向 3 端 D 从子链的 3 端向 5 端 9 要使 PCR 反应在体外的条件下顺利地进行 需要严格的控制 A 氧气的浓度 B 酸碱度 C 温度 D 大气的湿度 10 DNA 分子经 PCR 反应循环一次后 新合成的那条子链的脱氧核苷酸的序列应与 A 模板母链相同 B 非模板母链相同 C 两条模板母链相同 D 两条模板母链都不相同 二 非选择题 1 PCR 技术是把某一 DNA 片段在实验条件下 合成许许多多相同片段的一种方法 利用这种技术能快速 而特异的扩增任何要求的目的基因或者 DNA 分子片段 人类基因组计划 的研究中常用到这种技术 请 结合有关知识 回答有关此技术的一些问题 PCR 技术能把某一 DNA 片段进行扩增 依据的原理是 在实验条件下 DNA 分子进行扩增 除了所要扩增的 DNA 片段处 还需要 和 等条件 某 DNA 片段有 160 个碱基 其中有腺嘌呤 35 个 若让该 DNA 分子扩增三次 即复制三次 至少需要腺 嘌呤脱氧核苷酸和鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目分别是 和 个 2 将大肠杆菌置于含 15N 的培养基上培养 这样 后代大肠杆菌细胞中的 DNA 双链均被15N 标记 然后将 被 15N 标记的大肠杆菌作为亲代转到普通培养基中 繁殖两代 亲代 第一代 第二代大肠